5.2.4 含氮物质的相互转化硝酸与金属反应的相关计算 学案 2024-2025学年高一下学期化学人教版（2019） 必修第二册

含氮物质的相互转化　硝酸与金属反应的相关计算 学习目标　1.能从物质类别、氮元素化合价的角度认识含氮化合物的相互转化。2.掌握硝酸与金属反应的相关计算。 一、含氮化合物的转化 工业制硝酸的原理如图,根据示例完成下表: 序号 反应物中含氮物质的类别、氮元素化合价的变化情况 化学方程式 含氮物质发生反应的类型(氧化反应、还原反应) ① [示例] 单质,0→-3 N2+3H22NH3 还原反应 ② 　　　　　　　　　　　　,  　　　　　  ③ 　　　　　　　　　　　　,  　　　　　  2NO+O2=== 　　　　　　　  ④ 　　　　　　　　　　　　,  　　　　　  【探究归纳】　氮及其化合物的转化 　　　　　　　　　　　　　　　　 1.如图所示的转化关系中,不能一步实现的是 (　　) A.① B.② C.③ D.④ 2.工业上以氮气为主要原料制备硝酸,其转化过程如下所示,其中氮元素只被还原的一步是 (　　) N2NH3NONO2HNO3 A.① B.② C.③ D.④ 3.利用氮元素的价类二维图可以设计氮及其化合物之间的转化路径,下列说法不正确的是 (　　) A.工业固氮的常用方法是由N2和H2合成NH3 B.可利用Cu与硝酸的反应,将N元素转化为NO或NO2 C.由氮气转化为含氮化合物的反应中,必须提供氧化剂 D.实验室可利用氢氧化钙固体与NH4Cl固体混合加热制备NH3 二、硝酸与金属反应的计算 1.反应规律 M+HNO3→M(NO3)n+还原产物+H2O,其中还原产物:NO2或NO或N2O或N。 2.思维模型 3.计算方法(假设还原产物只有NO2和NO) (1)得失电子守恒:硝酸与金属的反应属于氧化还原反应,硝酸中氮原子得到电子的物质的量等于金属失去电子的物质的量,如金属失电子的物质的量=n(NO2)+3n(NO)。 (2)原子守恒:硝酸与金属反应时,一部分硝酸起酸的作用,以N的形式存在于溶液中,另一部分硝酸作为氧化剂转化为还原产物NOx,N和NOx中氮原子的总物质的量等于反应消耗的硝酸中氮原子的物质的量,如n消耗(HNO3)=xn[M(NO3)x]+n(NO2)+n(NO)。 (3)电荷守恒:硝酸过量时,反应后溶液中(不考虑OH-)有c(N)=c(H+)+xc(Mx+)(Mx+代表金属离子)。若向反应后的溶液中加入NaOH溶液恰好使Mx+沉淀完全,此时溶质为NaNO3,则存在:n(Na+)=n(N)=n剩余(HNO3)+xn[M(NO3)x]=n总(HNO3)-n(NO)-n(NO2)。 (4)离子方程式运用:金属与硫酸、硝酸的混合酸反应时, 如铜与稀硝酸反应,依据离子方程式3Cu+8H++2N===3Cu2++2NO↑+4H2O反应比例,先作过量判断,然后根据完全反应的金属或H+或N进行相关计算,且要符合电荷守恒。 　　　　　　　　　　　　　　　　 1.将3.84 g Cu和一定量的浓HNO3反应,当Cu反应完全时,共收集到气体2.24 L NO2和NO(标准状况,不考虑NO2转化为N2O4),则反应中消耗HNO3的物质的量为 (　　) A.0.1 mol B.0.24 mol C.0.16 mol D.0.22 mol 2.将Mg、Cu组成的m g混合物投入适量稀HNO3中恰好完全反应,固体完全溶解时收集到0.896 L(标准状况)NO气体,向反应后的溶液中加入60 mL 2 mol·L-1的NaOH溶液时,金属离子恰好沉淀完全,则形成的沉淀的质量为 (　　) A.(m+2.28) g B.(m+2.04) g C.(m+3.32) g D.(m+4.34) g 3.足量的铜和含有2.4×10-3 mol硝酸的某浓硝酸完全反应,共收集到标准状况下气体22.4 mL。参加反应的铜的质量是 (　　) A.3.84×10-2 g B.4.48×10-2 g C.4.83×10-2 g D.5.76×10-2 g 含氮物质的相互转化 硝酸与金属反应的相关计算 一、 氢化物　-3→+2　4NH3+5O24NO+6H2O　氧化反应　氧化物　+2→+4　2NO2　氧化反应　氧化物　+4→+5、+2　3NO2+H2O2HNO3+NO　氧化反应、还原反应 对点训练 1.D　[①为N2+3H22NH3;②为N2+O22NO;③为2NO+O22NO2;④至少两步才能实现,分别为N2+O22NO,2NO+O22NO2。] 2.A　[氮元素只被还原,表明含氮物质作氧化剂,氮元素化合价降低。①N2→NH3,N元素的化合价降低,①符合题意;②NH3→NO,N元素的化合价升高,②不合题意;③NO→NO2,N元素的化合价升高,③不合题意;④NO2→HNO3,N元素的化合价一部分升高,一部分降低,④不合题意。] 3.C　[A项,氮的固定是将游离态的氮转化为含氮化合物的过程,工业固氮的常用方法是由N2和H2合成NH3;B项,铜与稀硝酸反应生成NO,铜与浓硝酸反应生成NO2;C项,氮气生成氨气的过程中需要还原剂;D项,实验室可利用氢氧化钙固体与NH4Cl固体混合加热制备NH3。] 二、 对点训练 1.D　[铜与硝酸反应转化为Cu(NO3)2、NO和NO2,根据铜原子守恒n[Cu(NO3)2]=n(Cu)== 0.06 mol,NO和NO2的物质的量共为n==0.1 mol,根据氮原子守恒:n消耗(HNO3)=2n[Cu(NO3)2]+n(NO)+n(NO2)=2×0.06 mol+0.1 mol=0.22 mol。] 2.B　[当金属离子恰好沉淀完全时,m(沉淀)=m(金属)+m(OH-),n(OH-)=n(NaOH)=60×10-3 L ×2 mol·L-1=0.12 mol,m(沉淀)=m(金属)+m(OH-)=m g+0.12 mol×17 g·mol-1=(m+2.04) g。] 3.B　[根据氮原子守恒,则被还原硝酸的物质的量=收集到的气体的物质的量==1×10-3 mol。根据硝酸(或氮原子)守恒,参加反应的硝酸除去被还原的,就是转化为盐类的硝酸,因此生成硝酸铜的物质的量==7×10-4 mol。根据铜原子守恒,参加反应的铜的物质的量与生成硝酸铜的物质的量相等,则参加反应的铜的质量=7×10-4 mol×64 g·moL-1=4.48×10-2 g。] 学科网（北京）股份有限公司 $$